[发明专利]石墨负极材料及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种石墨负极材料及其制备方法与应用。本发明公开一种石墨负极材料的制备方法，包括如下步骤：将煤液化沥青基针状焦或其和选自煤液化沥青基碳纤维和煤液化沥青基硬碳中的一种或两种均粉碎到粒径为1‑5μm后，将物料混合，烧结成型，之后粉碎成5‑15μm的碳微粉，再将碳微粉与包覆剂混合进行包覆处理，最后石墨化。本发明制备得到的锂离子电池炭负极材料充放电容量高，倍率性能好，拓宽了煤液化油渣的应用领域，避免了油渣资源的浪费，对提高煤液化厂的整体经济效益具有非常重要的现实意义。

技术领域

本发明属于锂离子电池制备领域，涉及一种石墨负极材料及其制备方法与应用。

背景技术

锂离子电池以其优秀的性能成为二次电池的主流发展方向。特别是近几年电动汽车的迅速发展，驱动了对锂离子电池及负极材料的强劲需求。负极材料对锂离子电池的安全性、循环使用寿命和能量密度有重要影响。目前，商品化的锂离子电池负极材料有：碳基——石墨；非碳基——硅基(与石墨搭配用)。其中人造石墨以成本低、容量高、石墨化成度高、导电率高、灰份少的特点，占据负极材料68％的份额。未来随着产业发展，市场规模还将大幅扩大。随着市场对动力电池能量密度、安全性、倍率性、寿命等要求的提升，未来对负极材料的走向，也提出了更高的要求。

煤液化残渣是煤加氢液化后的产物经减压蒸馏固液分离时，从减压塔底部排出的物料。煤液化沥青是从煤液化残渣中提取的沥青类物质，它主要由多环的缩合芳烃组成，具有芳香度高、碳含量高、容易聚合或交联的特点，具有很多石油沥青质所没有的特性，非常适合作为制备炭素材料的原料，将其应用在防水卷材、捣固炼焦、改质沥青、C/C复合材料浸渍剂沥青、中间相炭微球、针状焦和多孔炭等方面，均取得了较好的效果，但目前利用煤液化沥青基碳材料制备锂离子电池用负极材料的方法的文献较少。

发明内容

本发明的目的是提供一种以煤液化沥青为原料制备得到的碳材料为原料制备锂离子电池负极材料的方法。

在一个方面，本发明提供一种石墨负极材料的制备方法，包括如下步骤：

(1)将煤液化沥青基针状焦或其和选自煤液化沥青基碳纤维和煤液化沥青基硬碳中的一种或两种均粉碎到粒径为1-5μm；

(2)将步骤(1)粉碎后的物料倒入混料机中混合；

(3)在惰性气体气氛中，将步骤(2)混合后的物料进入成型机烧结成型；

(4)将烧结好的物料降到室温后粉碎，得到D50为5-15μm的碳微粉；

(5)在惰性气体气氛中，将碳微粉与包覆剂混合，进行包覆处理；

(6)在惰性气体气氛中，将包覆后的物料降到室温后进行石墨化处理，得到所述石墨负极材料；

所述煤液化沥青基针状焦、硬碳和碳纤维均是以煤液化沥青为原料制备得到；

所述煤液化沥青基针状焦灰分含量低于0.05wt％；

所述煤液化沥青基碳纤维可以是模量﹥400GPA(例如500、600、700、800GPA或这些数值中的任意二者所定义的范围中的模量)，灰分含量低于0.05wt％的中间相沥青基碳纤维，或者可以是通用级碳纤维；

针状焦和碳纤维属于软碳，软碳是经过2000℃及以上高温处理可以转化为石墨结构的碳材料；

所述煤液化沥青基硬碳的比表面积为10～20m²/g(例如10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20m²/g或这些数值中的任意二者所定义的范围中的比表面积)，灰分含量低于0.05wt％；

硬碳是指经过高温处理也不能转化为石墨结构的碳材料；